專利名稱：一種熱管阻尼器銑刀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屬于切削加工領(lǐng)域，尤其是一種熱管阻尼器銑刀。
背景技術(shù)：
目前高速切削技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具、能源、軌道交通等眾多領(lǐng)域，已成為21世紀(jì)先進制造技術(shù)重點研究開發(fā)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。在這樣的高效加工中，伴隨著材料去除率大幅的增加，加工過程所消耗的能量也隨之大幅攀升，這些能量90% 以上都轉(zhuǎn)化為熱并積聚在加工區(qū)中，若不能及時地將積聚在加工區(qū)的熱疏導(dǎo)出去，將導(dǎo)致加工區(qū)溫度的急劇升高，并很快造成刀具的失效和零件的報廢。為達到及時冷卻的目的，力口工過程中都要采用一定的冷卻方法(如切削液冷卻、液氮冷卻等)來降低切削區(qū)的溫度。熱管作為一種新型、高效的導(dǎo)熱組件，可將大量熱量通過其很小的截面積，遠距離地傳輸而無需外加動力。另外，從動力學(xué)的觀點看，高速切削系統(tǒng)是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，隨著切削速度的提高，在離心力和陀螺效應(yīng)的影響下，主軸-刀柄間的夾緊力出現(xiàn)明顯的減小，導(dǎo)致主軸-刀柄間的聯(lián)結(jié)剛度降低，甚至導(dǎo)致兩者部分或完全分離；同時，刀具-工件間相互作用引起的切削顫振是限制工件實現(xiàn)高速、高效和高精度切削的又一關(guān)鍵因素之一。切削顫振降低加工質(zhì)量與切削效率，降低刀具、機床的使用壽命，產(chǎn)生污染周圍環(huán)境的切削噪聲，因此，對顫振的抑制和控制同樣顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱管阻尼器銑刀，其針對具有高溫、高粘性、低導(dǎo)熱性等特點的難加工材料進行高速銑削加工，其將熱管和機械阻尼器合而為一，構(gòu)成熱管阻尼器，兼有傳熱和阻尼的雙重效果。該銑刀利用高效的導(dǎo)熱組件——熱管將大量切削熱通過其很小的截面積傳輸而無需外加動力；同時，利用熱管與銑刀盲孔內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力做功，以及阻尼液的阻尼效果，以消耗刀具的振動能量，達到抑制顫振的目的，它具有強化傳熱、阻尼減振、結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活、維護方便、耐用等優(yōu)點，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種熱管阻尼器銑刀，包括銑刀，所述銑刀的刀桿的中心開有軸向的盲孔，盲孔的開口端朝向夾持端，熱管阻尼器的下半部分伸入到所述盲孔中，且熱管阻尼器與盲孔開口處密封連接，盲孔中設(shè)置阻尼液。所述盲孔為階梯孔或者直孔。所述熱管阻尼器包括由若干根圍繞所述刀桿中心軸線均勻布置的熱管組成的熱管束，所述熱管束一端固定在冷凝蓋上，另一端插入刀桿的盲孔中，冷凝蓋與刀桿通過螺紋聯(lián)結(jié)，冷凝蓋的外側(cè)設(shè)有若干散熱片。所述熱管形狀為圓柱形或者扁平形直管。所述熱管包括一封閉的管殼和設(shè)于其內(nèi)的工質(zhì)和毛細結(jié)構(gòu)，且管殼內(nèi)為真空狀態(tài)。所述盲孔中各熱管之間、熱管與盲孔內(nèi)壁之間設(shè)有阻尼液。所述熱管上靠近銑刀自由端(即刀齒端)的一側(cè)是蒸發(fā)段，另一側(cè)(冷凝蓋附近) 是冷凝段，中間部分是絕熱段，冷凝段通過一個外徑與銑刀直徑相同的冷凝蓋與刀柄接觸。本發(fā)明由銑刀和熱管阻尼器組成。此銑刀的外形結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的銑刀一樣，但其內(nèi)部根據(jù)不同的情況開有不同大小和形狀的盲孔；熱管阻尼器主要由若干根熱管圍繞銑刀的軸線均勻布置而成，多根熱管統(tǒng)稱為熱管束，其的外徑與銑刀(夾持端是開孔，自由端是盲孔)的中空刀桿內(nèi)徑相匹配，每根熱管的直徑、長度可以相同也可以不同。每根熱管是由一封閉的管殼和工質(zhì)(即工作液體)組成，且熱管之間、熱管與銑刀內(nèi)側(cè)壁之間加有高導(dǎo)熱系數(shù)和高粘度的阻尼液，且阻尼液將熱管蒸發(fā)段浸沒，阻尼液可以減小刀尖與熱管蒸發(fā)段之間的熱阻，提高傳熱效率；同時刀具旋轉(zhuǎn)時阻尼液與銑刀內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦力，起到阻尼作用。 熱管阻尼器沿銑刀軸線插入中空的刀桿內(nèi)，靠近銑刀自由端的一側(cè)是蒸發(fā)段，另一側(cè)是冷凝段，中間部分是絕熱段，冷凝段通過一個外徑與銑刀直徑相同的冷凝蓋與刀柄接觸，銑刀的刀桿末端加工有螺紋，用于與冷凝蓋的螺紋聯(lián)結(jié)。冷凝蓋上裝有散熱片。本發(fā)明的工作原理是在刀尖切削工件時，切削過程產(chǎn)生并傳入銑刀中的大量熱量經(jīng)過熱管阻尼器蒸發(fā)段的管殼，熱管蒸發(fā)段的液體工質(zhì)吸熱沸騰，引起內(nèi)部工質(zhì)蒸發(fā)，變成蒸汽攜帶熱量經(jīng)過絕熱段，使工質(zhì)由液體變成氣體；氣體因自身密度小，體積膨脹，通過熱管阻尼器的絕熱段向冷凝段移動，到達冷凝段時遇冷凝結(jié)為液體同時將熱量傳給冷凝段的管殼，同時放熱，熱量被冷凝蓋和散熱片散發(fā)，冷凝液通過重力作用和毛細結(jié)構(gòu)的吸力回到蒸發(fā)段，繼續(xù)循環(huán)上述過程；冷凝段的管殼將熱量傳遞給冷凝蓋，最終通過冷凝蓋上分布的散熱片進行散熱。如此反復(fù)循環(huán)把刀尖的熱量不斷傳導(dǎo)刀桿和刀柄，使得刀具溫度分布均衡，防止刀尖溫度過高。在此過程中，因銑刀高速旋轉(zhuǎn)，在離心力和陀螺力的作用下，熱管阻尼器的外壁面和銑刀內(nèi)壁面之間相對滑動產(chǎn)生摩擦，同時阻尼液也與銑刀內(nèi)壁面之間產(chǎn)生摩擦，吸收部分的振動能量，高粘度的阻尼液發(fā)揮阻尼作用，達到抑制刀具振動的目的； 而摩擦產(chǎn)生的熱量也同時參與到上述熱量交換過程中。由此以來，切削熱和熱管阻尼器外壁面和銑刀內(nèi)側(cè)面與阻尼液摩擦過程產(chǎn)生的熱量將源源不斷的傳至銑刀與刀柄聯(lián)結(jié)處的冷凝蓋的散熱片上，并在此過程中與外界環(huán)境發(fā)生熱交換作用。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，能使切削過程中產(chǎn)生并傳入刀具中的熱量迅速通過熱管傳送到刀具末端并通過冷凝端的散熱片散熱，同時熱管外表面與刀具接觸面上產(chǎn)生的摩擦力做功，以消耗刀具的振動能量，抑制顫振。具有強化傳熱、阻尼減振、結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活、 維護方便、耐用等特點。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的熱管阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4分別是圖2的A向和B向視圖；圖中1-刀齒，2-銑刀，3-刀桿，4-刀柄，5-熱管阻尼器，6-阻尼液，7-蒸發(fā)段， 8-絕熱段，9-冷凝段，10-散熱片，11-冷凝蓋，12-熱管，13-管殼，14-工質(zhì)，15-熱管束， 16.盲孔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖1-4所示，一種熱管阻尼器銑刀，包括銑刀2，所述銑刀2的刀桿3的中心開有軸向的盲孔16，盲孔16的開口端朝向夾持端，熱管阻尼器5的下半部分伸入到所述盲孔16 中，熱管阻尼器5與盲孔16開口處密封連接，盲孔16中設(shè)置阻尼液6。所述盲孔16為階梯孔或者直孔。所述熱管阻尼器5包括由若干根圍繞所述刀桿3中心軸線均勻布置的熱管12組成的熱管束15，所述熱管束15—端固定在冷凝蓋11上，另一端插入刀桿3的盲孔16中，冷凝蓋11與刀桿3通過螺紋聯(lián)結(jié)，冷凝蓋11的外側(cè)設(shè)有若干散熱片10。所述熱管12形狀為圓柱形或者扁平形直管。所述熱管12包括一封閉的管殼13和設(shè)于其內(nèi)的工質(zhì)14和毛細結(jié)構(gòu)，且管殼13 內(nèi)為真空狀態(tài)。所述盲孔16中各熱管12之間、熱管12與盲孔16內(nèi)壁之間設(shè)有阻尼液6。所述熱管12上靠近銑刀2自由端(即刀齒1端)的一側(cè)是蒸發(fā)段7，另一側(cè)(冷凝蓋44附近)是冷凝段9，中間部分是絕熱段8，冷凝段9通過一個外徑與銑刀直徑相同的冷凝蓋11與刀柄4接觸。在切削工件時，切削過程產(chǎn)生并傳入銑刀2中的大量熱量經(jīng)過熱管阻尼器5蒸發(fā)段7的管殼13，引起內(nèi)部工質(zhì)14蒸發(fā)，使工質(zhì)14由液體變成氣體；氣體因自身密度小，體積膨脹，通過熱管阻尼器5的絕熱段8向冷凝段9移動，到達冷凝段時遇冷凝結(jié)為液體同時將熱量傳給冷凝段9的管殼13，液體同時又流回蒸發(fā)段7以繼續(xù)循環(huán)上述過程；冷凝段9的管殼13將熱量傳遞給冷凝蓋11，最終通過冷凝蓋11上分布的散熱片10進行散熱。在此過程中，因銑刀2高速旋轉(zhuǎn)，在離心力和陀螺力的作用下，熱管阻尼器5的外壁面和銑刀2內(nèi)壁面之間產(chǎn)生摩擦，同時阻尼液6也與銑刀2內(nèi)壁面之間產(chǎn)生摩擦，吸收部分的振動能量， 達到抑制振動的目的；而摩擦產(chǎn)生的熱量也同時參與到上述熱量交換過程中。由此以來，切削熱和熱管阻尼器5外壁面和銑刀2內(nèi)側(cè)面與阻尼液6摩擦過程產(chǎn)生的熱量將源源不斷的傳至銑刀2與刀柄4聯(lián)結(jié)處的冷凝蓋11的散熱片10上，并在此過程中與外界環(huán)境發(fā)生熱交換作用。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱管阻尼器銑刀，包括銑刀，其特征是，所述銑刀的刀桿的中心開有軸向的盲孔，盲孔的開口端朝向夾持端，熱管阻尼器的下半部分伸入到所述盲孔中，且熱管阻尼器與盲孔開口處密封連接，盲孔中設(shè)置阻尼液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種熱管阻尼器銑刀，其特征是，所述盲孔為階梯孔或者直孔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種熱管阻尼器銑刀，其特征是，所述熱管阻尼器包括由若干根圍繞所述刀桿中心軸線均勻布置的熱管組成的熱管束，所述熱管束一端固定在冷凝蓋上，另一端插入刀桿的盲孔中，冷凝蓋與刀桿通過螺紋聯(lián)結(jié)，冷凝蓋的外側(cè)設(shè)有若干散熱片。
4.如權(quán)利要求3所述的一種熱管阻尼器銑刀，其特征是，所述熱管形狀為圓柱形或者扁平形直管。
5.如權(quán)利要求4所述的一種熱管阻尼器銑刀，其特征是，所述熱管包括一封閉的管殼和設(shè)于其內(nèi)的工質(zhì)和毛細結(jié)構(gòu)，且管殼內(nèi)為真空狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種熱管阻尼器銑刀，其特征是，所述盲孔中各熱管之間、熱管與盲孔內(nèi)壁之間設(shè)有阻尼液。
7.如權(quán)利要求6所述的一種熱管阻尼器銑刀，其特征是，所述熱管上靠近銑刀自由端的一側(cè)是蒸發(fā)段，另一側(cè)是冷凝段，中間部分是絕熱段，冷凝段通過一個外徑與銑刀直徑相同的冷凝蓋與刀柄接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱管阻尼器銑刀，包括銑刀和熱管阻尼器，熱管阻尼器包括熱管束、冷凝蓋、散熱片，熱管束一端固定在冷凝蓋上，另一端插入刀桿的盲孔中，冷凝蓋與刀桿通過螺紋聯(lián)結(jié)；冷凝蓋上有散熱片。熱管內(nèi)密封有工質(zhì)和毛細結(jié)構(gòu)，并抽真空，熱管沿軸向分為蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段。盲孔中灌注阻尼液將蒸發(fā)段浸沒。工作時，刀尖切削熱傳導(dǎo)到熱管蒸發(fā)段使液體工質(zhì)吸熱沸騰，攜帶熱量經(jīng)過絕熱段，到達冷凝段并冷凝成液體放熱，熱量被冷凝蓋和散熱片散發(fā)，冷凝液通過重力作用和毛細結(jié)構(gòu)的吸力回到蒸發(fā)段。如此反復(fù)循環(huán)，使得刀具溫度分布均衡，防止刀尖溫度過高。熱管束在銑刀轉(zhuǎn)動時與盲孔相對滑動產(chǎn)生摩擦，阻尼液發(fā)揮阻尼作用，抑制刀具的振動。
文檔編號B23C5/10GK102500807SQ201110341789
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者唐委校, 宋清華, 鞠華偉 申請人:山東大學(xué)